KR100203677B1 - Improved image coding system having functions for controlling generated amount of coded bit stream - Google Patents

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Abstract

본 발명은, MC-DCT, 양자화를 포함하는 부호화 시스템에 있어서, 움직임 추정 및 보상을 위해 복원된 이전 프레임의 공간 복잡도에 근거하여 현재 부호화하고자 하는 영상의 복잡도를 산출하고, 그 산출결과에 따라 1차원 저역 통과 필터를 이용하여 입력 영상신호의 고주파 성분을 선택적으로 제거함으로써, 부호화 후의 비트 발생량을 적응적으로 조절할 수 있도록 한 비트 발생량 조절기능을 갖는 영상 부호화 시스템에 관한 것으로, 이를 위하여 본 발명은, 움직임 추정, 보상을 위해 복원된 이전 프레임 각각에 대해 공간 복잡도 값을 산출하고, 각각 산출된 각 이전 프레임의 공간 복잡도 값들을 평균하여 기설정된 복수의 이전 프레임에 대한 평균 공간 복잡도 값을 산출하는 공간 복잡도 계산 수단; 산출된 복수의 프레임의 평균 공간 복잡도 값을 DCT, 양자화 및 엔트로피 부호화를 갖는 부호화 수단을 통해 현재 부호화하고자 하는 프레임의 복잡도로서 참조하며, 검출된 각 프레임의 공간 복잡도 값에 의거하여 부호화를 위해 입력되는 현재 프레임의 주파수 통과 대역폭을 제한하기 위한 필터 제어신호를 발생하는 제어수단; 및 발생된 필서 제어신호에 의거하여, 입력되는 현재 프레임을 움직임 추정, 보상을 위한 현재 프레임 신호로써 부호화 수단에 제공하거나 입력 현재 프레임에 1차원 저역 통과 필터링을 적용하여 그 통과 대역을 제한함으로써 고주파 성분을 제거한 프레임 신호를 움직임 추정, 보상을 위한 현재 프레임 신호로써 부호화 수단에 제공하는 1차원 저역 통과 필터링 수단을 포함함으로써, 부호화 수단에서의 양자화시 과도한 스텝 사이즈의 증가 없이부호화후 발생되는 비트량을 효과적으로 조절할 수 있는 것이다.The present invention, in the coding system including MC-DCT, quantization, calculates the complexity of the image to be currently encoded based on the spatial complexity of the previous frame reconstructed for motion estimation and compensation, and according to the calculation result 1 The present invention relates to a video encoding system having a bit generation amount adjusting function for adaptively adjusting a bit generation amount after encoding by selectively removing high frequency components of an input video signal using a dimensional low pass filter. A spatial complexity value is calculated for each reconstructed previous frame for motion estimation and compensation, and the average spatial complexity value for the plurality of preset previous frames is calculated by averaging the spatial complexity values of each calculated previous frame. Calculation means; The calculated average spatial complexity value of the plurality of frames is referred to as the complexity of the frame to be currently encoded by encoding means having DCT, quantization, and entropy encoding, and is input for encoding based on the detected spatial complexity value of each frame. Control means for generating a filter control signal for limiting the frequency passband of the current frame; And based on the generated control signal, provide the input current frame to the encoding means as a current frame signal for motion estimation and compensation, or apply one-dimensional low pass filtering to the input current frame to limit the pass band. By including the one-dimensional low-pass filtering means for providing the encoding means as a current frame signal for motion estimation and compensation to the encoding means, to effectively reduce the amount of bits generated after encoding without undue step size increase during quantization in the encoding means. It is adjustable.

Description

비트 발생량 조절기능을 갖는 영상 부호화 시스템Image Coding System with Bit Rate Control

제1도는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 비트 발생량 조절기능을 갖는 영상 부호화 시스템의 블록구성도.1 is a block diagram of a video encoding system having a bit generation amount adjusting function according to a preferred embodiment of the present invention.

제2도는 본 발명에 따라 일예로서 8×8픽셀 블록에 대한 예시도.2 is an illustration of an 8x8 pixel block as an example in accordance with the present invention.

제3도는 본 발명에 따른 일예로서 차수가 7인 1차원 저역 통과 필터계수를 도시한예시도.3 is an exemplary view showing a one-dimensional low pass filter coefficient of order 7 as an example according to the present invention.

제4도는 본 발명에 따른 일예로서(0,4) 위치에서의 수평 방향 필터링과 (3,0) 위치에서의 수직 방향 필터링 과정을 도시한 예시도.4 is an exemplary view illustrating a horizontal filtering process at (0,4) position and a vertical filtering process at (3,0) position as an example according to the present invention.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings

100, 170 : 프레임 메모리 110 : 감산기100, 170: frame memory 110: subtractor

120: 영상 부호화 블록 130 : 엔트로피 부호화 블록120: image encoding block 130: entropy encoding block

140 : 전송 버퍼 150 : 영상 복호화 블록140: transmission buffer 150: video decoding block

160 : 가산기 180 : 현재 프레임 에측 블록160: adder 180: block on the current frame side

210 : 공간 복잡도 계산 블록 220 : 필터 제어 블록210: space complexity calculation block 220: filter control block

230 : 저역 통과 필터링 블록230: low pass filtering block

본 발명은 영상신호를 압축 부호화하는 영상 부호화 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 움직임 보상 차분 펄스 부호 변조(MC-DPCM) 기법을 이용하여 영상신호를 압축 부호화할 때, 움직임 추정 및 보상을 위해 복원된 이전 프레임의 복잡도에 근거하여 예측되는 입력 영상신호의 복잡도(Variance)를 참조하여 부호화 후의 발생 비트량을 적응적으로 조절하는 데 적합한 비트 발생량 조절기능을 갖는 영상 부호화 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a video encoding system for compressing and encoding a video signal. More particularly, the present invention relates to a video encoding system for compressing and encoding a video signal, and more specifically, to compress and encode a video signal using motion compensation differential pulse code modulation (MC-DPCM). The present invention relates to a video encoding system having a bit generation amount adjustment function suitable for adaptively adjusting the amount of generated bits after encoding by referring to a variation of an input video signal predicted based on the complexity of a previous frame.

이 기술분야에 잘 알려진 바와 같이 이산된 영상신호의 전송은 아날로그 신호보다 좋은 화질을 유지할 수 있다. 일련의 이미지 “프레임”으로 구성된 비디오 신호가 디지털 형태로 표현될 때, 특히 고품질 텔레비전(일명 HDTV라 함)의 경우 상당한 양의 데이터가 전송되어야 한다. 그러나 종래의 전송 채널의 사용 가능한 주파수 영역은 제한되어 있으므로, 많은 양의 디지털 데이터를 전송하기 위해서는 전송되는 데이터를 압축하여 그 양을 줄일 필요가 있다. 이와 같이 데이터를 압축하는 다양한 압축 기법 중에서, 확률적 부호화 기법과 시간적, 공간적 압축기법을 결합한 하이브리드 부호화 기법이 가장 효율적인 것으로 알려져 있으며, 이러한 기법들은, 예를 들면 세계 표준화 기구에 의해 그 표준안이 이미 제정된 MPEG-1 및 MPEG-2등의 권고안에 광범위하게 개시되어 있다.As is well known in the art, the transmission of discrete video signals can maintain better image quality than analog signals. When a video signal consisting of a series of image “frames” is represented in digital form, a significant amount of data must be transmitted, especially for high quality televisions (aka HDTVs). However, since the usable frequency range of the conventional transmission channel is limited, in order to transmit a large amount of digital data, it is necessary to compress the transmitted data and reduce the amount thereof. Among the various compression techniques for compressing data, hybrid coding techniques combining probabilistic coding techniques with temporal and spatial compression techniques are known to be the most efficient, and these techniques have already been enacted by the standards standard, for example, by the World Organization for Standardization. It is widely disclosed in recommendations such as MPEG-1 and MPEG-2.

대부분의 하이브리드 부호화 기법은 움직임 보상 DPCM(차분 펄스 부호 변조), 2차원 DCT(이산 코사인 변화), DCT 계수의 양자화, VLC(가변장 부호화)등을 이용한다. 움직임 보상 DPCM은 현재 프레임과 이전 프레임간의 물체의 움직임을 결정하고, 물체의 움직임에 따라 현재 프레임을 예측하여 현재 프레임과 예측치간의 차이를 나타내는 차분신호를 만들어내는 방법이다. 이 방법은 예를 들어 Staffan Ericsson 의 Fixed and Adaptive Predictors for Hybrid Predictive/Transform Coding, IEEE Transactions on Communication, CCM-33, NO.12 (1985년 12월), 또는 Ninomiy 와 Ohtsuka의 A motion Compensated Interframe Coding Scheme for Television Pictures, IEEE Transactions on Communication, COM-30, NO.1 (1982년, 1월)에 기재되어 있다.Most hybrid coding techniques use motion compensated DPCM (differential pulse code modulation), two-dimensional DCT (discrete cosine change), quantization of DCT coefficients, VLC (variable length coding), and the like. The motion compensation DPCM determines a motion of an object between a current frame and a previous frame, and predicts a current frame according to the motion of the object to generate a difference signal representing a difference between the current frame and a predicted value. This can be done for example by Staffan Ericsson's Fixed and Adaptive Predictors for Hybrid Predictive / Transform Coding, IEEE Transactions on Communication, CCM-33, NO.12 (Dec. 1985), or A motion Compensated Interframe Coding Scheme by Ninomiy and Ohtsuka. for Television Pictures, IEEE Transactions on Communication, COM-30, NO.1 (1982, January).

일반적으로, 이차원 DCT는 영상 데이터간의 공간적 리던던시를 이용하거나 제거하는 것으로써, 디지털 영상 데이터 블록, 예를 들면 8×8 블록을 DCT 변환계수로 변환한다. 이 기법은 Chen과 Pratt의 Scene Adaptive Coder, IEEE Transactions on Communication, COM-32, NO.3(1984년 3월)에 개시되어 있다. 이러한 DCT 변환계수는 양자화기, 지그재그 주사, VLC등을 통해 처리됨으로써 전송할 데이터의 양을 효과적으로 감축(또는 압축)할 수 있다.In general, two-dimensional DCT converts digital image data blocks, such as 8x8 blocks, into DCT conversion coefficients by using or removing spatial redundancy between image data. This technique is described in Chen and Pratt's Scene Adaptive Coder, IEEE Transactions on Communication, COM-32, NO.3 (March 1984). The DCT conversion coefficient may be processed through a quantizer, zigzag scan, VLC, etc. to effectively reduce (or compress) the amount of data to be transmitted.

보다 상세하게, 움직임 보상 DPCM에서는 현재 프레임과 이전 프레임간에 추정된 물체의 움직임에 따라, 현재 프레임을 이전 프레임으로부터 예측한다. 이와 같이 추정된 움직임은 이전 프레임과 현재 프레임간의 변위를 나타내는 2차원 움직임 벡터로 나타낼 수 있다.More specifically, the motion compensation DPCM predicts the current frame from the previous frame according to the motion of the object estimated between the current frame and the previous frame. The estimated motion may be represented by a two-dimensional motion vector representing the displacement between the previous frame and the current frame.

통상적으로, 물체의 변위를 추정하는 데에는 여러가지 접근방법이 있다. 이들은 일반적으로 두개의 타입으로 분류되는데, 그중 하나는 블록 매칭 알고리즘을 이용하는 블록단위 움직임 추정방법이고 다른 하나는 화소순환 알고리즘을 이용하는 화소단위 움직임 추정방법이다.Typically, there are several approaches to estimating the displacement of an object. These are generally classified into two types, one of which is a block-based motion estimation method using a block matching algorithm, and the other is a pixel-based motion estimation method using a pixel circulation algorithm.

상기와 같이 물체의 변위를 추정하는 움직임 추정방법중, 화소단위 움직임 추정방법을 이용하면 변위는 각각의 화소 전부에 대해 구해진다. 이러한 방법은 화소값을 더 정확히 추정할 수 있고 스케일 변화(예를 들어, 영상면에 수직한 움직임인 주밍(zooming))도 쉽게 다룰 수 있다는 장점을 갖는 반면에, 움직임 벡터가 모든 화소 각각에 대해 결정되기 때문에, 다량의 움직임 벡터들이 발생하는 데 실질적으로 모든 움직임 벡터를 수신기로 전송하다는 것은 불가능하다.In the motion estimation method for estimating the displacement of an object as described above, the displacement is obtained for each pixel by using the pixel-based motion estimation method. This method has the advantage of being able to estimate pixel values more accurately and easily handle scale changes (e.g., zooming, which is a movement perpendicular to the image plane), while the motion vectors for each pixel Since it is determined, it is impossible to transmit substantially all the motion vectors to the receiver as large amounts of motion vectors occur.

또한, 블록단위 움직임 추정에서는, 현재 프레임의 소정 크기의 블록을 이전 프레임의 소정 범위의 탐색영역내에서 한 화소씩 이동하면서 대응 블록들과 비교하여 그 오차값이 최소인 최적 정합블럭을 결정하며, 이것으로부터, 전송되는 현재 프레임에 대해 블록 전체에 대한 프레임간 변위 벡터(프레임간에 블록이 이동한 정도)가 추정된다. 여기에서, 현재 프레임과 이전 프레임간의 대응하는 두 블록간의 유사성 판단은, 이 기술분야에 알려진 바와 같은, 평균 절대차와 평균 제곱차 등이 주로 사용된다.In addition, in block-by-block motion estimation, a block having a predetermined size of the current frame is moved by one pixel in a search range of a previous frame and compared with the corresponding blocks to determine an optimal matching block having a minimum error value. From this, the interframe displacement vector (the extent to which the block has moved between frames) for the entire block is estimated for the current frame to be transmitted. Here, in determining the similarity between two corresponding blocks between the current frame and the previous frame, the mean absolute difference and the mean square difference, etc., as known in the art, are mainly used.

한편, 상술한 바와 같은 부호화 기법, 즉 움직임 보상 DPCM, 2차원 DCT, DCT 계수의 양자화 및 VLC(또는 엔트로피 부호화)등의 부호화 기법을 통해 부호화된 영상 비트 스트림은 영상 부호화 시스템의 출력측에 구비되는 전송 버퍼에 저장된 다음 전송시점이 되면 원격지 수신측으로의 송신을 위해 전송기로 보내진다. 이 때, 여기에서의 전송시점은 전송 버퍼의 크기(즉, 용량)와 전송율에 관계되며, 전송 버퍼에서의 오동작(데이터 오버플로우(overflow) 또는 데어터 언더플로우(underflow)이 발생하지 않도록 제어된다.On the other hand, the image bit stream encoded by the encoding technique as described above, that is, the encoding scheme such as motion compensation DPCM, two-dimensional DCT, DCT coefficient quantization and VLC (or entropy encoding) is transmitted to the output side of the image encoding system. The next transmission point stored in the buffer is sent to the transmitter for transmission to the remote destination. At this time, the transfer time here is related to the size (i.e. capacity) and transfer rate of the transfer buffer and is controlled so that no malfunction (data overflow or data underflow) occurs in the transfer buffer.

보다 상세하게, 여러 가지 요인(예를 들면, 영상의 복잡도)으로 인해 부호화시에 각 프레임마다 발생되는 비트량이 달라지게 되는데, 이러한 점을 고려하여 영상 부호화 시스템에서는, 평균 전송율이 일정하게 유지될 수 있도록 출력측 전송 버퍼의 제어를 수행한다. 즉, 영상 부호화 시스템에서는 출력측 전송 버퍼의 데이터 충만상태 정보에 근거하여 현재 부호화하고 있는 프레임 이전까지의 비트 발생량을 조사하고 있다가 현재 프레임에서 할당해야 하는 비트량을 조절한다. 다시 말해, 종래의 전형적인 영상 부호화 시스템에서는 출력측 전송 버퍼의 데이터 충만상태 정보에 의거하여 실질적으로 양자화 스텝 사이즈(QP)를 제어함으로써 부호화 시스템에서의 발생 비트량을 조절, 즉 이전까지 비트 발생량이 많으면 양자화 스텝 사이즈를 크게 조절하여 비트 발생량을 줄이고, 이와 반대의 경우에는 양자화 스텝 사이즈를 작게 조절하여 비트 발생량을 늘리는 등의 방법을 통해 비트 발생량을 조절하고 있다.More specifically, the amount of bits generated for each frame at the time of encoding varies due to various factors (for example, the complexity of the image). In view of this, in the image encoding system, the average bit rate may be kept constant. Control of the output buffer. That is, the video encoding system checks the bit generation amount up to the frame currently encoded based on the data fullness state information of the output transmission buffer and adjusts the bit amount to be allocated in the current frame. In other words, in the conventional typical video encoding system, the amount of bits generated in the encoding system is adjusted by controlling the quantization step size (QP) substantially based on the data full state information of the output transmission buffer, that is, if the amount of bits generated before has been large, The bit generation amount is controlled by reducing the bit generation amount by adjusting the step size largely, and in the opposite case, by adjusting the quantization step size small to increase the bit generation amount.

그러나, 상술한 바와 같이 출력측 전송 버퍼의 데이터 충만상태 정보에 의거하여 양자화 스텝 사이즈를 조절함으로써 비트 발생량을 조절하는 종래방법은, 각 프레임에 해당하는 영상 데이터를 동일한 전송율로 부호화하여 전송하고자 하는 경우에 있어서, 부호화하고자 하는 영상이 복잡한 경우(고주파 성분이 다량 발생)에는 비트 발생량이 많아지게 되는데 이로 인해 양자화 스텝 사이즈가 커져 결과적으로 재생 영상에서의 심각한 화질열화가 야기된다는 문제를 갖는다. 여기에서 발생하는 고주파 성분은 실질적으로 인간의 시각특성에 매우 둔감한 성분(재생 영상의 화질에 거의 영향을 미치지 않는 성분)이다.However, as described above, the conventional method of adjusting the bit generation amount by adjusting the quantization step size based on the data fullness state information of the output side transmission buffer is performed when encoding and transmitting video data corresponding to each frame at the same data rate. In the case where the image to be encoded is complex (a large amount of high frequency components are generated), a large amount of bits is generated, which causes a problem that the quantization step size becomes large, resulting in severe image quality degradation in the reproduced image. The high frequency component generated here is a component that is substantially insensitive to human visual characteristics (a component that hardly affects the image quality of a reproduced video).

따라서, 본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, MC-DCT, 양자화를 포함하는 부호화 시스템에 있어서, 움직임 추정 및 보상을 위해 복원된 이전 프레임의 공간 복잡도에 근거하여 현재 부호화하고자 하는 영상의 복잡도를 산출하고, 그 산출결과에 따라 1차원 저역 통과 필터를 이용하여 입력 영상신호의 고주파 성분을 선택적으로 제거함으로써, 부호화 후의 비트 발생량을 적응적으로 조절할 수 있는 비트 발생량 조절기능을 갖는 영상 부호화 시스템을 제공하는 데 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention is to solve the above-described problems of the prior art, in the coding system including MC-DCT, quantization, to be currently encoded based on the spatial complexity of the previous frame reconstructed for motion estimation and compensation An image having a bit generation amount adjustment function that can adaptively adjust the bit generation amount after encoding by calculating the complexity of the image and selectively removing high frequency components of the input video signal using a one-dimensional low pass filter according to the calculation result. The purpose is to provide an encoding system.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 입력되는 현재 프레임과, 이 현재 프레임 및 재구성된 이전 프레임을 이용하는 매크로 블록단위의 움직임 추정, 보상을 통해 얻어지는 예측 프레임간의 에러신호에 대해 이산 코사인 변환, 양자화 및 엔트로피 부호화를 포함하는 부호화 수단을 통해 압축 부호화하여 부호화된 비트 스트림을 발생하며, 상기 양자화는 출력측 버퍼에 저장되는 상기 비트 스트림의 충만상태 정보에 의거하여 그 스텝 사이즈가 조절되는 비트 발생량 조절기능을 갖는 영상 부호화 시스템에 있어서, 상기 움직임 추정, 보상을 위해 복원된 상기 이전 프레임 각각에 대해 공간 복잡도 값을 산출하고, 각각 산출된 상기 각 이전 프레임의 공간 복잡도 값들을 평균하여 기설정된 복수의 이전 프레임에 대한 평균 공간 복잡도 값을 산출하는 공간 복잡도 계산 수단; 상기 산출된 복수의 프레임의 평균 공간 복잡도 값을 상기 부호화 수단을 통해 현재 부호화하고자 하는 프레임의 복잡도로서 참조하며, 상기 검출된 각 프레임의 공간 복잡도 값에 의거하여 부호화를 위해 입력되는 상기 현재 프레임의 주파수 통과 대역폭을 제한하기 위한 필터 제어신호를 발생하는 제어수단; 및 상기 발생된 필터 제어신호에 의거하여, 상기 입력되는 현재 프레임을 상기 움직임 추정, 보상을 위한 현재 프레임 신호로써 상기 부호화 수단에 제공하거나 상기 입력 현재 프레임에 1차원 저역 통과 필터링을 적용하여 그 통과 대역을 제한함으로써 고주파 성분을 제거한 프레임 신호를 상기 움직임 추정, 보상을 위한 현재 프레임 신호로써 상기 부호화 수단에 제공하는 1차원 저역 통과 필터링 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비트 발생량 조절 기능을 갖는 영상 부호화 시스템을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a discrete cosine transform, quantization, and an error signal between an input current frame and a prediction frame obtained through motion estimation and compensation in units of macroblocks using the current frame and the reconstructed previous frame. Compression encoding is performed through encoding means including entropy encoding to generate an encoded bit stream, and the quantization has a bit generation amount adjusting function of adjusting a step size based on the fullness information of the bit stream stored in an output buffer. In the image encoding system, a spatial complexity value is calculated for each of the previous frames reconstructed for the motion estimation and compensation, and the averaged spatial complexity values of the respective previous frames are respectively calculated for a plurality of preset previous frames. Calculate the average spatial complexity value Space complexity calculation means; The calculated average spatial complexity value of the plurality of frames is referred to as the complexity of the frame to be currently encoded by the encoding means, and the frequency of the current frame input for encoding based on the detected spatial complexity value of each frame. Control means for generating a filter control signal for limiting the pass bandwidth; And based on the generated filter control signal, the input current frame is provided to the encoding means as the current frame signal for motion estimation and compensation, or one-dimensional low pass filtering is applied to the input current frame to pass the band. And a one-dimensional low pass filtering means for providing a frame signal from which a high frequency component is removed to the encoding means as a current frame signal for motion estimation and compensation by limiting the frequency difference. To provide.

본 발명의 상기 및 기타 목적과 여러가지 장점은 이 기술분야에 숙련된 사람들에의해 첨부된 도면을 참조하여 하기에 기술되는 본 발명의 바람직한 실시예로부터 더욱 명확하게 될 것이다.The above and other objects and various advantages of the present invention will become more apparent from the preferred embodiments of the present invention described below with reference to the accompanying drawings by those skilled in the art.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

제1도는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 비트 발생량 조절기능을 갖는 영상 부호화 시스템에 대한 블록 구성도를 나타낸다. 동도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 영상 부호화 시스템은 제1프레임 메모리(100), 감산기(110), 영상 부호화 블록(120), 엔트로피 부호화 블록(130), 전송 버퍼(140), 영상 복호화 블록(150), 가산기(160), 제2프레임 메모리(170), 현재 프레임 에측 블록(180), 공간 복잡도 계산 블록(210) 필터 제어블록(220)및 저역 통과 필터링 블록(230)을 포함한다.1 is a block diagram of a video encoding system having a bit generation amount adjusting function according to a preferred embodiment of the present invention. As shown in the figure, the image encoding system of the present invention includes a first frame memory 100, a subtractor 110, an image encoding block 120, an entropy encoding block 130, a transmission buffer 140, and image decoding. Block 150, adder 160, second frame memory 170, current frame side block 180, spatial complexity calculation block 210 filter control block 220, and low pass filtering block 230. .

제1도를 참조하면, 입력되는 현재 프레임 신호는 제1프레임 메모리(100)에 저장된 다음 저역 통과 필터링 블록(230)으로 입력되며, 저역 통과 필터링 블록(230)에서는 후술되는 필터 제어 블록(220)으로부터 제공되는 부호화를 위해 복원되어 재구성된 이전 프레임의 공간 복잡도에 의거해 산출되는 제어신호(레벨 0 또는 1의 논리신호)에 따라 입력 프레임 신호의 주파수를 선택적으로 필터링, 즉 1차원 저역 통과 필터링을 이용하여 입력 영상신호의 고주파 성분(비교적 인간의 시각에 둔감한 부분임)을 필터링하는데, 이러한 저역 통과 필터링 블록(230)에 대한 구체적 동작과정에 대해서는 첨부된 제2도 내지 제4도를 참조하여 후에 상세하게 기술될 것이다. 그런 다음, 이와 같이 입력 영상에서 고주파 성분이 제거되거나 제거되지 않은 현재 프레임 신호는 라인 L11을 통해 감산기 (110) 및 현재 프레임 에측 블록(180)에 각각 제공된다.Referring to FIG. 1, the input current frame signal is stored in the first frame memory 100 and then input to the low pass filtering block 230, and the low pass filtering block 230 includes the filter control block 220 described later. Selectively filter the frequency of the input frame signal, i.e., one-dimensional low pass filtering, according to a control signal (a logic signal of level 0 or 1) calculated based on the spatial complexity of the previous frame reconstructed and reconstructed for encoding provided from The high frequency component of the input video signal (which is a relatively insensitive part of the human eye) is filtered. The detailed operation of the low pass filtering block 230 is described with reference to FIGS. 2 to 4. It will be described later in detail. Then, the current frame signal in which the high frequency component is removed or not removed from the input image is provided to the subtractor 110 and the current frame side block 180 through the line L11, respectively.

먼저, 감산기(110)에서는 라인 L11을 통해 제1프레임 메모리(100)에서 제공되는 현재 프레임 신호로부터 라인 L19를 통해 후술되는 현재 프레임 에측 블록(180)으로부터 제공되는 이동 물체에 대하여 움직임 보상된 에측된 현재 프레임 신호를 감산하며, 그 결과 데이터, 즉 차분화소값을 나타내는 에러신호는 영상 부호화 블록(120)을 통해 이산 코사인 변환(DCT)과 이 기술분야에서 잘 알려진 양자화 방법들중의 어느 하나를 이용함으로서, 일련의 양자화된 DCT 변환계수들로 부호화된다. 이 때, 영상 부호화 블록(120)에서의 에러신호에 대한 양자화는 라인 L21을 통해 후술되는 출력측 전송 버퍼(140)로부터 제공되는 데이타 충만상태 정보에 따라 결정되는 양자화 파라메터(QP)에 의거하여 그 스텝 사이즈가 조절된다.First, in the subtractor 110, the motion compensated prediction is performed on the moving object provided from the current frame edge block 180 described later through the line L19 from the current frame signal provided from the first frame memory 100 through the line L11. The current frame signal is subtracted, and as a result, the data, that is, the error signal representing the differential pixel value, is obtained by using discrete cosine transform (DCT) and one of quantization methods well known in the art through the image coding block 120. By encoding a series of quantized DCT transform coefficients. In this case, the quantization of the error signal in the image encoding block 120 is performed based on the quantization parameter QP determined according to the data fullness state information provided from the output side transmission buffer 140 described later through the line L21. The size is adjusted.

한편, 제1도에서의 상세한 도시는 생략되었으나 저역 통과 필터링 블록(230)에서는 본 발명에 따라 후술되는 필터 제어 블록(220)으로부터 제공되는 산출된 이전 프레임의 공간 복잡도 정보에 근거한 필터 제어신호(0 또는 1의 논리신호)에 의거해 1차원 저역 통과 필터링을 이용하여 인간의 시각특성에 비교적 둔감한 고주파 성분을 제거(즉, 필터링)를 결정한다. 따라서, 본 발명에서는 부호화된 비트 발생량의 증가가 수반되는 복잡한 영상이라 할지라도 재생 영상에서의 화질열화를 야기시키는 영상 부호화 블록(120)에서의 양자화 단계에서 양자화 스템 사이즈를 적절하게 조절할 수 있다. 이와 같이 산출된 이전 프레임의 공간 복잡도 값 정보에 근거해 발생되는 필터 제어신호를 이용하여 입력 프레임의 통과 대역폭을 선택적으로 제한하는 구체적인 과정에 대해서는 후에 상세하게 기술될 것이다.Meanwhile, although the detailed illustration in FIG. 1 is omitted, in the low pass filtering block 230, the filter control signal 0 based on the calculated spatial complexity information of the previous frame provided from the filter control block 220 which will be described later according to the present invention. Or one-dimensional low-pass filtering based on a logic signal of 1 to remove (ie, filter) a high frequency component that is relatively insensitive to human visual characteristics. Accordingly, the present invention can appropriately adjust the quantization stem size in the quantization step of the image encoding block 120 that causes deterioration of image quality in the reproduced image even in a complex image accompanied by an increase in the encoded bit generation amount. A detailed process of selectively limiting the passband of the input frame by using the filter control signal generated based on the spatial complexity value information of the previous frame calculated as described above will be described in detail later.

다음에, 라인 L13상의 양자화된 DCT 변환계수들은 엔트로피 부호화 블럭(130)과 영상 복호화 블록(150)으로 각각 보내진다. 여기에서, 엔트로피 부호화 블록(130)에 제공된 양자화된 Dct 변환계수들은, 예를 들면 가변길이 부호화 기법등을 통해 부호화되어 출력측의 전송 버퍼(140)에 제공되며, 이와 같이 부호화된 영상신호는 수신측으로의 전송을 위해 도시 생략된 전송기로 전달된다.Next, the quantized DCT transform coefficients on line L13 are sent to entropy coding block 130 and image decoding block 150, respectively. Here, the quantized Dct transform coefficients provided to the entropy coding block 130 are encoded, for example, through a variable length coding scheme, and provided to the transmission buffer 140 on the output side. It is delivered to the transmitter not shown for the transmission of.

한편, 영상 부호화 블록(120)으로부터 영상 복호화 블록(150)에 제공되는 라인 L13상의 양자화된 DCT 변환계수들은 역양자화 및 역이산 코사인 변환을 통해 다시 복원된 프레임 신호로 변환된 다음, 가산기(160)에 제공되며, 가산기(160)에서는 영상 복호화 블록(150)으로 부터의 복원된 프레임 신호와 라인 L19를 통해 후술되는 현재 프레임 에측 블록(180)으로부터 제공되는 예측된 현재 프레임신호를 가산하여 재구성된 이전 프레임 신호를 생성하며, 이와 같이 재구성된 이전 프레임 신호는 제 2프레임 메모리(170)에 저장된다. 따라서, 이러한 경로를 통해 부호화 처리되는 매 프레임에 대한 바로 이전 프레임 신호가 계속적으로 갱신되며, 이와 같이 갱신되는 재구성된 이전 프레임 신호는 움직임 추정, 보상을 위해 후술되는 현재 프레임 에측 블록(180)으로 제공된다.On the other hand, the quantized DCT transform coefficients on the line L13 provided from the image coding block 120 to the image decoding block 150 are converted into a frame signal reconstructed again through inverse quantization and inverse discrete cosine transform, and then adder 160. The adder 160 adds the reconstructed frame signal from the image decoding block 150 and the predicted current frame signal provided from the current frame side block 180 described later through line L19 to reconstruct the previous image. A frame signal is generated, and the previous frame signal reconstructed as described above is stored in the second frame memory 170. Accordingly, the immediately previous frame signal for every frame encoded through this path is continuously updated, and the reconstructed previous frame signal thus updated is provided to the current frame side block 180 described below for motion estimation and compensation. do.

또한, 제2프레임 메모리(170)에 저장되는 복원되어 재구성된 이전 프레임 신호는 본 발명에 따른 프레임의 복자도 계산을 위해 라인 L16을 통해 후술되는 공간 복잡도 계산 블록(210)으로 제공된다.In addition, the reconstructed reconstructed previous frame signal stored in the second frame memory 170 is provided to the spatial complexity calculation block 210 described below through line L16 for calculating the reconstruction degree of the frame according to the present invention.

다른 한편, 현재 프레임 에측 블록(180)에서는, 본 발명에 따른 저역 통과 필터링 블록(230)으로부터 제공되는 라인 L11상의 고주파 성분이 선택적으로 제거되거나 또는 고주파 성분이 제거되지 않은 현재 프레임 신호와 상기한 제2프레임 메모리(170)로부터 제공되는 라인 L15상의 재구성된 이전 프레임 신호에 기초하여 블록 매칭 알고리즘을 이용해 재구성된 이전 프레임의 기설정 탐색범위(예를 들면 16×16 또는 32×32 탐색범위)에서 소정의 블록(예를 들면, 8×8 또는 16×16 DCT 블록)단위로 현재 프레임을 에측한 다음 라인 L19상에 예측된 현재 프레임 신호를 발생하여 상술한 감산가(110)와 가산기(160)에 각각 제공된다. 이 때, 라인 L19상의 스위치(SW)는 도시 생략된 시스템 제어기로 부터의 제어신호(CS)에 따라 그 접점이 온/오프되는 것으로, 스위치(SW)가 온 일때는 현재의 부호화 모드가 인터모드임을 의미하고 반대로 오프일 때는 현재의 부호화 모드가 인트라 모드임을 의미한다. 따라서, 감산기(110)에서는 인터모드 부호화시에 현재 프레임 신호와 예측 프레임 신호간의 에러신호를 영상 부호화 블록(120)에 제공하고, 인트라 모드 부호화시에 현재 프레임 신호 자체를 영상 부호화 블록(120)에 제공한다.On the other hand, in the current frame side block 180, the current frame signal in which the high frequency component on the line L11 provided from the low pass filtering block 230 according to the present invention is selectively removed or the high frequency component has not been removed and the above-described product is removed. Based on the reconstructed previous frame signal on the line L15 provided from the two-frame memory 170, a predetermined search range (for example, 16 × 16 or 32 × 32 search range) of the previous frame reconstructed using the block matching algorithm is predetermined. Predicts the current frame in units of blocks of (e.g., 8x8 or 16x16 DCT blocks) and then generates a predicted current frame signal on line L19 to the subtractor 110 and adder 160, respectively. Is provided. At this time, the switch SW on the line L19 is turned on / off according to the control signal CS from the system controller (not shown). When the switch SW is on, the current encoding mode is the inter mode. In contrast, when off, the current encoding mode is intra mode. Accordingly, the subtractor 110 provides an error signal between the current frame signal and the predicted frame signal to the image encoding block 120 during inter-mode encoding, and transmits the current frame signal itself to the image encoding block 120 during intra-mode encoding. to provide.

또한, 현재 프레임 에측 블록(180)은 선택되는 각 블록(8×8 또는 16×16 블록)들에 대한 움직임 벡터들의세트를 라인 L17상에 발생하여 전술한 엔트로피 부호화 블럭(130)에 제공한다. 여기에서, 검출되는 움직임 벡터들의 세트들은 현재 프레임의 블록(8×8 또는 16×16 블록)과 이전 프레임내의 기설정 탐색영역(예를 들면, 16×16 또는 32×32 탐색범위)에서 예측된 가장 유사한 블록간의 변위이다. 따라서, 전술한 에트로피 부호화 블록(130)에서는 라인 L17 상의 움직임 벡터들의 세트들과 더불어 라인 L13상의 양자화된 DCT 변화계수들은, 예를 들면 가변길이 부호화 기법 등을 통해 부호화하여 부호화된 비트 스트림을 발생한다.The current frame side block 180 also generates a set of motion vectors for each selected block (8x8 or 16x16 blocks) on line L17 and provides it to the entropy coding block 130 described above. Here, the sets of detected motion vectors are predicted in a block (8x8 or 16x16 block) of the current frame and a preset search area (e.g., 16x16 or 32x32 search range) in the previous frame. It is the displacement between the most similar blocks. Accordingly, in the above-described etropy coding block 130, the quantized DCT change coefficients on the line L13 together with the sets of the motion vectors on the line L17 are generated by encoding the encoded bit stream through, for example, a variable length encoding technique. do.

한편, 본 발명에 따라 공간 복잡도 계산 블록(210)에서는 라인 L16을 통해 제2프레임 메모리(170)로부터 제공되는 복원된 이전 프레임에 대한 영상의 공간 복잡도를 계산, 즉 영상신호의 분산값(표준편차)을 이용하여 부호화할 영상신호의 정보량에 관계되는 공간 복잡도를 계산하고, 이와 같이 계산된 이전 프레임의 공간 복잡도를 현재 부호화하고자 하는 프레임의 영상 복잡도로써 참조하며, 본 발명에서는 이와 같이 계산된 이전 프레임의 공간 복잡도에 근거하여 영상 부호화 블록(120)에서의 양자화 단계 전에 인간의 시각특성에 비교적 둔감한 고주파 성분을 적응적(또는 선택적)으로 제거(즉, 필터링)한다.Meanwhile, according to the present invention, the spatial complexity calculation block 210 calculates the spatial complexity of the image for the restored previous frame provided from the second frame memory 170 through the line L16, that is, the variance value of the image signal (standard deviation). Calculate the spatial complexity related to the information amount of the video signal to be encoded, and refer to the calculated spatial complexity of the previous frame as the image complexity of the frame to be currently encoded. Based on the spatial complexity of the video encoding block 120, the high frequency component relatively insensitive to human visual characteristics is adaptively (or selectively) removed (ie, filtered) before the quantization step in the image encoding block 120.

본 발명에서는 복원된 이전 프레임의 공간 복잡도 계산시에 영상신호의 분산값(표준편차)을 이용하는데, 여기에서 이용되는 분산값의 경우 그 값이 큰 경우에는 DCT 를 수행한 결과의 값이 고주파 성분(인간의 시각특성이 비교적 둔감한 성분)을 많이 포함할 것이므로 변환계수의 분포가 데이터를 압축하는 데 부적절하게 된다. 이상적인 데이터 압축에 좋은 영상은 고주파 성분이 존재하지 않고 단지 DC 성분만이 존재하는 경우로서 변환된 계수의 분포는 (0,0)의 위치에 있는 한 값만이 있게 된다. 또한, 분산값이 큰 경우에는 움직임 보상이 제대로 수행되지 않을 수 있어, 결과적으로 움직임 보상된 영상의 구조가 부호화하기에 적절하지 않게 된다. 따라서, 이와 같은 공간 복잡도는 영상신호의 정보량, 즉 실질적으로 부호화하여 전송해야 할 데이터량으로 해석할 수 있다.In the present invention, the variance value (standard deviation) of the video signal is used when calculating the spatial complexity of the reconstructed previous frame. In the case of the variance value used here, when the value is large, the result of performing the DCT is a high frequency component The distribution of transform coefficients is inadequate for compressing the data because it will contain many (components with relatively insensitive human visual characteristics). A good image for ideal data compression is the case where there is no high frequency component but only DC component, and the distribution of the transformed coefficient has only one value at the position of (0,0). In addition, when the variance value is large, motion compensation may not be performed properly, and as a result, the structure of the motion compensated image is not suitable for encoding. Therefore, such spatial complexity can be interpreted as the amount of information of the video signal, that is, the amount of data to be encoded and transmitted.

예를 들어, 한 프레임이 M×N의 크기를 갖는다고 가정하고, 부호화 후에 복원되어 재구성된 이전 프레임의 영상을 Ip, 부호화를 위해 입력되는 현재 프레임의 영상을 Ic라 할 때, 각 프레임의 (x,y)의 위치에서의 Ip영상의 픽셀값은 Ip(x,y)이다. 이 때, 현재 입력되는 Ic 영상에 대한 복잡도의 계산은 움직임 추정 및 보상을 위해 부호화(DCT, 양자화) 후에 복원된 이전 프레임의 영상신호에 대하여 다음의 (1)식과 같이 계산되는 영상의 복잡도(Activity; ACT)를 이용할 수 있다.For example, assuming that one frame has a size of M × N, Ip is a picture of a previous frame reconstructed and reconstructed after encoding, and Ic is a picture of a current frame input for encoding. The pixel value of the Ip image at the position of x, y) is Ip (x, y). At this time, the complexity of the currently input Ic image is calculated for the image signal of the previous frame reconstructed after coding (DCT, quantization) for motion estimation and compensation. ACT) can be used.

상기 (1)식에서는 MIp는 복원된 이전 프레임인 Ip영상에 대한 평균값을 의미하는데, 이러한 Ip 영상에 대한 평균값 MIp는 다음의 (2)과 같이 계산된다.In Equation (1), MIp means an average value for the reconstructed previous frame Ip image, and the average value MIp for this Ip image is calculated as follows (2).

상기한 바와 같이, 현재 부호화하고자 하는 프레임의 복잡도로서 복원된 이전 프레임의 ACT 값을 이용하는 이유는 영상신호의 특성이 매 프레임마다 급격하게 변하지 않기 때문이다.As described above, the reason for using the ACT value of the previous frame reconstructed as the complexity of the current frame to be encoded is that the characteristics of the video signal do not change rapidly every frame.

따라서, 이와 같이 산출되는 복잡도 ACT 값은 영상의 정보량(비트 발생량)에 관련된다고 볼 수 있는데, 만일 현재 부호화된 영상이 복잡한 경우에는 산출되는 복잡도 ACT 값이 상대적으로 커질 것이고, 그 반대의 경우에는 산출되는 복잡도 ACT 값이 작아지게 될 것이다.Therefore, the calculated complexity ACT value is related to the amount of information (bit generation amount) of the image. If the current encoded image is complex, the calculated complexity ACT value will be relatively large, and vice versa The complexity, ACT, will be small.

이러한 관점에 비춰볼 때, 부호화시에 산출되는 복원된 이전 프레임간의 복잡도 ACT 값은 곧 전송할 정보량에 관계되는 값으로 해석할 수 있을 것이다. 그리고, 본 발명에 따른 복원된 이전 프레임의 복잡도 ACT 값 산출에 있어서는, 부호화 시스템이 움직임 추정 및 보상을 수행하는 과정에서 필요로 하는 재구성된 이전 프레임 신호를 프레임 메모리에 저장하고 있으므로, 이와 같은 부호화 시스템의 일부를 이용하면 원하는 복원된 이전 프레임의 복잡도 ACT 값을 쉽게 얻을 수 있을 것이다. 그런 다음, 상기와 같이 공간 복잡도 게산 블록(210)에서 산출된 복잡도 ACT 값은 다음단의 필터 제어 블록(220)으로 제공된다.In view of this aspect, the complexity ACT value between the restored previous frames calculated at the time of encoding may be interpreted as a value related to the amount of information to be transmitted. In the calculation of the complexity ACT value of the reconstructed previous frame according to the present invention, the encoding system stores the reconstructed previous frame signal required in the process of performing motion estimation and compensation in the frame memory. Using part of, you can easily get the complexity ACT value of the previous recovered frame. Then, the complexity ACT value calculated in the spatial complexity calculation block 210 is provided to the next filter control block 220.

한편, 필터 제어 블록(220)은 상기한 필터 제어 블록(210)으로부터 제공되는 복잡도 ACT 값에 의거하여 입력 영상의 1차원 필터링을 위한 필터 제어신호를 라인 L23상에 발생하여 저역 통과 필터링 블록(230)에 제공, 즉 필터 제어 블록(220)에서는 공간 복잡도 계산 블록(210)으로부터 입력되는 평균 복잡도 ACT 값이 기설정된 임계값보다 크면, 하이레벨의 논리신호를 발생하여 저역 통과 필터링 블록(230)으로 제공하고, 산출 평균 ACT 값이 기설정된 임계값보다 작으면, 로우레벨의 논리신호를 발생하여 저역 통과 필터링 블록(230)으로 제공한다. 이 때, 기설정 임계값은 부호화가 진행되는 과정에서 일정시간 경과하는 동안 발생되는 ACT 값을 평균한 값으로 설정하는 것이 바람직할 것이다. 일예로서, 영상신호의 프레임 전송율이 30인 경우에는 1초동안 계산되는 QE 값 30개를 평균하여 이 값과 매 프레임마다 발생되는 ACT 값과 비교하면 된다. 즉, 이전의 30 프레임 동안 발생된 ACT 값의 평균값을 C 라 할 때, 필터 제어 블록(220)에서는 현재의 프레임에서 발생되는 ACT 값 C 보다 크면 라인 L23상의 필터 제어신호로서 하이레벨의 논리신호를 발생하고, 작으면 라인 L23 상의 필터 제어신호로서 로우레벨의 논리신호를 발생한다. 물론, 이전의 30 프레임에 대한 ACT 평균값 C 는 발생되는 매 프레임마다의 ACT 값에 의해 연속적으로 갱신될 것이며, 이 때 이전에 30 프레임에 대한 ACT 값들중 시간적으로 가장 오래된 ACT값이 버려지게 된다.On the other hand, the filter control block 220 generates a filter control signal for the one-dimensional filtering of the input image on the line L23 based on the complexity ACT value provided from the filter control block 210 to generate a low pass filtering block 230. In other words, in the filter control block 220, if the average complexity ACT value input from the spatial complexity calculation block 210 is greater than a predetermined threshold value, a high level logic signal is generated to the low pass filtering block 230. If the calculated average ACT value is smaller than the predetermined threshold value, a low level logic signal is generated and provided to the low pass filtering block 230. In this case, the preset threshold may be set to an average value of the ACT values generated over a predetermined time in the course of encoding. As an example, when the frame rate of the video signal is 30, 30 QE values calculated for 1 second may be averaged and compared with this value and the ACT value generated every frame. That is, when the average value of the ACT value generated during the previous 30 frames is C, the filter control block 220 generates a high level logic signal as the filter control signal on the line L23 if it is larger than the ACT value C generated in the current frame. If small, a low level logic signal is generated as the filter control signal on the line L23. Of course, the ACT average value C for the previous 30 frames will be continuously updated by the ACT value for every frame that is generated, at which time the oldest ACT value of the ACT values for the previous 30 frames is discarded.

한편, 저역 통과 필터링 블록(230)에서는 상기한 필터 제어 블록(220)으로 부터의 필터 제어신호(C)에 의거하여 입력 영상신호를 그대로 통과(즉, 라인 L11을 통해 감산기(110) 및 현재 프레임 에측 블록(180)으로 바로 보냄)시키거나 입력 영상신호에 1차원 저역 통과 필터링을 적용하여 그 통과 대역을 제한함으로써, 인간의 시각특성에 비교적 둔감한 고주파 성분을 제거한 영상신호를 라인 L11상에 발생한다. 즉, 저역 통과 필터링 블록(230)은 라인 L23상의 필터 제어신호가 하이레벨의 논리신호일 때 1차원 저역 통과 필터링을 통해 입력 영상에서 고주파 성분을 제거하고, 라인 L23 상의 필터 제어신호가 로우레벨의 논리신호일 때 입력 영상에서 고주파 성분을 제거하지 않고 그대로 통과시킨다.Meanwhile, the low pass filtering block 230 passes the input video signal as it is, based on the filter control signal C from the filter control block 220 (that is, the subtractor 110 and the current frame through the line L11). Image signal is removed on the line L11 by removing the high frequency component which is relatively insensitive to human visual characteristics by limiting the pass band by directing to the side block 180) or by applying one-dimensional low pass filtering to the input image signal. do. That is, the low pass filtering block 230 removes high frequency components from the input image through one-dimensional low pass filtering when the filter control signal on the line L23 is a high level logic signal, and the filter control signal on the line L23 is low level logic. In the case of a signal, a high frequency component is removed from the input image without being removed.

보다 상세하게, 본 발명에 따른 입력 영상신호의 저역 통과 필터링 방법은, 입력되는 영상신호에 저역 통과 필터를 곱함으로써 수행된다. 즉, N×M의 한 블록(예를 들면, 8×8 블록)의 영상에 대한 각 필셀의 값을 f(x,y)라 할 때, 일예로서 제2도에 도시된 바와 같이 한 블록이 8×8의 블록인 경우, 픽셀의 수평 및 수직 방향으로의 위치값 x 및 y는 0에서7사이의 정수값을 갖으며, 각 값들은 0에서 255사이의 레벨값을 갖는다. 즉, 제2도로부터 알 수 있는 바와 같이, 8×8블록의 각 픽셀의 수평 및 수직 방향의 위치값은 f(0,0)에서 f(7,7)의 값을 갖는다.More specifically, the low pass filtering method of an input video signal according to the present invention is performed by multiplying a low pass filter by an input video signal. That is, when the value of each pixel for an image of one block of N × M (for example, 8 × 8 block) is f (x, y), one block is shown as shown in FIG. 2 as an example. In the case of an 8x8 block, the position values x and y of the pixels in the horizontal and vertical directions have integer values between 0 and 7, and each value has a level value between 0 and 255. That is, as can be seen from FIG. 2, the position values in the horizontal and vertical directions of each pixel of the 8x8 block have a value of f (0,0) to f (7,7).

한편, 본 발명에서의 저역 통과 필터로서는, 일예로서 제3도에 도시된 바와 같이, 1차원 저역 통과 필터계수가 7개의 차수를 갖는 것이라 가정하여 도시하였다. 이러한 저역 통과 필터는 입력 영상신호의 샘플링 주파수가 fs인 경우 그 주파수 대역폭이 fs/2이므로 이 신호를 fs/4의 주파수 대역폭을 갖도록 대역 제한하는 저주파 통과 필터를 예로 든 것이다.On the other hand, as the low pass filter in the present invention, as shown in FIG. 3 as an example, it is assumed that the one-dimensional low pass filter coefficient has seven orders. The low pass filter is an example of a low pass filter that band-limits the signal to have a frequency bandwidth of fs / 4 because the frequency bandwidth is fs / 2 when the sampling frequency of the input video signal is fs.

따라서, 저역 통과 필터링 블록(230)에서 본 발명에 따라 영상신호를 저역 통과 필터링하는 과정은 입력 영상신호가 수평 및 수직 방향으로의 1차원 신호이므로 각각의 방향에 대하여 1차원 저역 통과 필터링을 수행함으로써 구현할 수 있다. 이러한 과정에 대해서는 (0.4) 위치에서의 수평 방향 필터링과 (3,0) 위치에서의 수직 방향 필터링 과정을 도시한 제4도에 상세하게 도시되어 있다. 즉, (c,y)의 위치에서 수직 방향으로 저역 통과 필터링된 신호를 z(x,y)라고 하면, 아래의 (3)식에 의해 계산된다.Accordingly, in the low pass filtering block 230, the low pass filtering of the video signal according to the present invention is performed by performing one-dimensional low pass filtering on each direction since the input video signal is a one-dimensional signal in the horizontal and vertical directions. Can be implemented. This process is illustrated in detail in FIG. 4, which shows the horizontal filtering at position (0.4) and the vertical filtering at position (3,0). That is, if the low pass filtered signal in the vertical direction at the position of (c, y) is z (x, y), it is calculated by the following expression (3).

상기한 (3)식에서 T는 필터의 차수를 의미하므로, T=7 이다. 따라서, u,v 값은 -3에서 3사이의 정수값을 갖는다. 또한, 상기한(3)식에서 k(u) 값은 필터계수값이고, f(x,y) 값은 픽셀값이다. 만일, 상기한 (3)식에서 f(x,y-u)의 (y-u)값이 0보다 작아지면 0으로하고, 혹은 전체 한 프레임의 영상 크기에 해당하는 M-1 값보다 커지는 경우에는 M-1 값으로 해준다. 이것은, 그 영역, 즉 0에서 M-1 사이에서만 픽셀값이 존재하므로 이 영역을 넘는 경우에는 끝값으로 설정해 주는 방법인 것으로, 이러한 필터링 방법은 이 기술분야에 이미 공지된 기술이다.In the above expression (3), T means the order of the filter, so T = 7. Thus, u and v values have integer values between -3 and 3. In the above expression (3), the k (u) value is a filter coefficient value, and the f (x, y) value is a pixel value. In the above Equation (3), if the value of f (x, yu) is less than 0, the value is 0. If the value is larger than the value of M-1 corresponding to the image size of one frame, the value of M-1 is M-1. Do it. This is a method of setting the end value when the pixel value exists only in the area, that is, 0 to M-1, and this filtering method is a technique known in the art.

따라서, 상기한 (3)식에서와 같이 모든 픽셀의 위치에서 필터링을 수행하면, 일예로서 제4도에 도시된 바와 같이, 수평 및 수직 방향으로 1차원 필터링한 결과를 얻을 수 있다. 이 때, 본 발명에 따라 모든 픽셀의 위치에서 이러한 필터링을 수행하는 과정에서 수평 방향 필터링을 먼저 수행하고, 수평 방향 필터링된 결과에 대해 다시 수직 방향 필터링을 수행하거나 혹은 그 순서를 바꾸어서 수행할 수도 있다.Therefore, if filtering is performed at all pixel positions as in Equation (3), as shown in FIG. 4, for example, one-dimensional filtering in the horizontal and vertical directions can be obtained. In this case, according to the present invention, in the process of performing such filtering at all pixel positions, the horizontal filtering may be performed first, and the vertical filtering may be performed again or the order of the horizontal filtering may be changed again. .

그 결과 저역 통과 필터링 블록(230)에서는 라인 L23상의 필터 제어신호가 하이레벨인 경우, 즉 영상의 복잡도가 큰 것으로 판단되는 경우, 입력 영상신호에 1차원 저역 통과 필터링을 적용하여 그 통과 대역을 제한함으로써, 인간의 시각특성에 비교적 둔감한 고주파 성분을 제거한 영상 신호를 라인 L11상에 발생하여 제1도의 감산기(110) 및 현재 프레임 예측 블록(180)으로 각각 제공하게 된다.As a result, the low pass filtering block 230 restricts the pass band by applying one-dimensional low pass filtering to the input video signal when the filter control signal on the line L23 is high level, that is, when it is determined that the image complexity is large. Thus, an image signal from which a high frequency component relatively insensitive to human visual characteristics is removed is generated on the line L11 and provided to the subtractor 110 and the current frame prediction block 180 of FIG.

따라서, 제1도의 영상부호화 블록(120)에서는, 복잡한 영상의 경우, 상술한 바와 같이 1차원 저역 통과 필터링을 통해 인간의 시각에 비교적 둔감한 영상의 고주파 성분을 제거한 상태에서 부호화(양자화)를 수행하게 되므로, 시각적으로 중요한 성분인 저주파 신호에 대해 양자화 오차가 적게 생기도록 하면서 부호화할 수 있는 것이다. 만일, 복잡한 영상임에도 불구하고 본 발명에서와 같이 주파수의 통과 대역폭을 제한(고주파 성분 제거)하지 않게 되면, 결과적으로 부호화 후에 발생되는 비트량이 많아져 양자화 스텝 사이즈가 커지게 되므로 모든 주파수 대역(고주파에서 저주파 대역)에 대하여 양자화 오차가 많이 발생되고, 그 결과 수신측의 재생 영상에서 양자화로 인한 화질열화가 야기될 것이다.Accordingly, in the image encoding block 120 of FIG. 1, in the case of a complex image, encoding (quantization) is performed in a state in which a high frequency component of an image that is relatively insensitive to human vision is removed through one-dimensional low pass filtering as described above. Therefore, the low frequency signal, which is a visually important component, can be encoded with less quantization error. If the image is not a complex image but does not limit the passband of the frequency (removing the high frequency components) as in the present invention, as a result, the amount of bits generated after encoding increases and the quantization step size becomes large. In the low frequency band), a lot of quantization errors are generated, and as a result, image quality deterioration due to quantization will be caused in the playback image of the receiver.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 부호화시의 움직임 추정 및 보상을 위해 부호화 후에 복원되어 재구성된 이전 프레임을 이용하여 매 프레임마다 계산되는 공간 복잡도 정보를 이용하여 현재 부호화하고자 하는 입력 영상의 복잡도를 계산하고, 그 계산결과에 따라 현재 입력 영상이 영상이 복잡한 영상인 경우, 그에 상응하는 가중치를 주어 인간의 시각에 둔감한 영상의 고주파 성분을 일차적으로 제거한 다음 MC-DCT, 양자화 등의 부호화를 수행하도록 함으로써, 양자화 단계에서의 과도한 스텝 사이즈의 증가 없이 부호화후 발생되는 비트량을 효과적으로 조절할 수 있다. 따라서, 본 발명에 의하면, 부호화된 영상을 복원하여 디스플레이할 때, 재생 영상에서 필연적으로 나타나는 양자화 오차로 인한 화질열화를 효과적으로 감소시킬 수 있다.As described above, according to the present invention, the complexity of the input image to be currently encoded is calculated by using spatial complexity information calculated for each frame by using a previous frame reconstructed and reconstructed after encoding for motion estimation and compensation during encoding. If the current input image is a complex image, the high frequency component of the image that is insensitive to human vision is first removed based on the calculation result, and then MC-DCT, quantization, and the like are encoded. By doing so, it is possible to effectively adjust the amount of bits generated after encoding without excessively increasing the step size in the quantization step. Therefore, according to the present invention, it is possible to effectively reduce image quality deterioration due to quantization error inevitably present in a reproduced image when reconstructing and displaying an encoded image.

Claims (5)

입력되는 현재 프레임과, 이 현재 프레임 및 재구성된 이전 프레임을 이용하는 매크로 블록단위의 움직임 추정, 보상을 통해 얻어지는 예측 프레임간의 에러신호에 대해 이산 코사인 변환, 양자화 및 엔트로피 부호화를 포함하는 부호화 수단을 통해 압축 부호화하여 부호화된 비트 스트림을 발생하며, 상기 양자화는 출력측 버퍼에 저장되는 상기 비트 스트림의 충만상태 정보에 의거하여 그 스텝 사이즈가 조절되는 비트 발생량 조절 기능을 갖는 영상 부호화 시스템에 있어서, 상기 움직임 추정, 보상을 위해 복원된 상기 이전 프레임 각각에 대해 공간 복잡도 값을 산출하고, 각각 산출된 상기 각 이전 프레임의 공간 복잡도 값을 평균하여 기설정된 복수의 이전 프레임에 대한 평균 공간 복잡도 값을 산출하는 공간 복잡도 계산 수단; 상기 산출된 복수의 프레임의 평균 공간 복잡도 값을 상기 부호화 수단을 통해 현재 부호화하고자 하는 프레임의 복잡도로서 참조하며, 상기 검출된 각 프레임의 공간 복잡도 값에 의거하여 부호화를 위해 입력되는 상기 현재 프레임의 주파수 통과 대역폭을 제한하기 위한 필터 제어신호를 발생하는 제어수단; 및 상기 발생된 필터 제어신호에 의거하여, 사이 입력되는 현재 프레임을 상기 움직임 추정, 보상을 위한 현재 프레임 신호로써 상기 부호화 수단에 1차원 저역 통과 필터링을 적용하여 그 통과 대역을 제한함으로써 고주파 성분을 제거한 프레임 신호를 상기 움직임 추정, 보상을 위한 현재 프레임 신호로써 상기 부호화 수단에 제공하거나 상기 입력 현재 프레임에 1차원 저역 통과 필터링 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비트 발생량 조절기능을 갖는 영상 부호화 시스템.Compression means including discrete cosine transform, quantization, and entropy encoding for the error signal between the input current frame and the prediction frame obtained through motion estimation and compensation in units of macroblocks using the current frame and the reconstructed previous frame. A video encoding system having a bit generation amount adjusting function of encoding and generating a coded bit stream, wherein the quantization is adjusted based on the full state information of the bit stream stored in an output buffer. Computing a spatial complexity value for each of the previous frames reconstructed for compensation, and calculating an average spatial complexity value for a plurality of preset previous frames by averaging the spatial complexity values of the respective previous frames. Way; The calculated average spatial complexity value of the plurality of frames is referred to as the complexity of the frame to be currently encoded by the encoding means, and the frequency of the current frame input for encoding based on the detected spatial complexity value of each frame. Control means for generating a filter control signal for limiting the pass bandwidth; And based on the generated filter control signal, one-dimensional low pass filtering is applied to the encoding means as a current frame signal for motion estimation and compensation to remove the high frequency component. And a one-dimensional low-pass filtering means for providing the frame signal to the encoding means as a current frame signal for motion estimation and compensation, or further comprising a one-dimensional low pass filtering means for the input current frame. 제1항에 있어서, 상기 필터 제어신호는, 상기 산출된 각 프레임의 공간 복잡도 값, 상기 각 프레임의 공간 복잡도 값을 평균하여 얻은 초당 전송되는 복수의 프레임에 대한 평균 에러치 및 이 평균 에러치의 표준편차에 따라 결정되는 것을 특징으로 하는 비트 발생량 조절기능을 갖는 영상 부호화 시스템.The filter control signal of claim 1, wherein the filter control signal comprises: an average error value for a plurality of frames transmitted per second obtained by averaging the calculated spatial complexity value of each frame, the spatial complexity value of each frame, and the standard of the average error value. An image encoding system having a bit generation amount adjustment function, which is determined according to a deviation. 제2항에 있어서, 상기 필터 제어신호는, 하이 또는 로우 레벨의 논리신호인 것을 특징으로 하는 비트 발생량 조절기능을 갖는 영상 부호화 시스템.The image encoding system of claim 2, wherein the filter control signal is a logic signal of a high or low level. 제1항에 있어서, 상기 현재 프레임에 대한 1차원 저역 통과 필터링은, 8×8블록 단위로 수행되는 것을 특징으로 하는 비트 발생량 조절기능을 갖는 영상 부호화 시스템.The image encoding system of claim 1, wherein the one-dimensional low pass filtering of the current frame is performed in units of 8 × 8 blocks. 제1항 또는 제4항에 있어서, 상기 8×8블록에 대한 1차원 저역 통과 필터링은, 상기 8×8블록내의 각 픽셀 위치의수평-수직 또는 수직-수평 방향으로 순차 수행되는 것을 특징으로 하는 비트 발생량 조절기능을 갖는 영상 부호화 시스템.5. The method of claim 1 or 4, wherein the one-dimensional low pass filtering for the 8x8 block is performed sequentially in the horizontal-vertical or vertical-horizontal direction of each pixel position in the 8x8 block. An image encoding system having a bit generation amount adjustment function.
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